1. Транзакция состоит из k операций и предлагает майнеру, который включит ее в блокчейн, комиссию kR, где R задается отправителем. Майнер заранее примерно представляет, какими будут R и k.
2. Себестоимость проведения операций для каждой ноды равна C (то есть все ноды одинаково эффективны).
3. Есть N майнящих нод c одинаковыми вычислительными мощностями (то есть одна нода – это 1 / N от всей мощности).
4. Нет полных нод, которые не задействованы в майнинге.
Майнер захочет включить в блок только те транзакции, комиссия с которых превысит себестоимость их проведения. Таким образом, предполагаемое вознаграждение составит kR / N, поскольку вероятность нахождения блока для майнера будет равняться 1 / N, а себестоимость проведения транзакции – kC. Следовательно, майнеры будут включать в блок такие транзакции, для которых kR / N > kC или же R > NC. Заметим, что R – устанавливаемая отправителем комиссия за одну операцию транзакции, так что это нижняя граница выгоды, которую он получит от этой транзакции, а NC – себестоимость проведения операции для всей сети. Соответственно, майнерам выгодно включать в блок только такие транзакции, где общая утилитарная выгода превышает себестоимость.
Однако у этой модели есть серьезные расхождения с реальностью.
1. Майнер, проводящий транзакцию, платит больше, чем верифицирующие ноды, поскольку дополнительное время верификации замедляет распространение блока в сети, из-за чего блок с большей вероятностью может залежаться.
2. Существуют полные ноды, которые не занимаются майнингом.
3. На практике вычислительные мощности майнеров могут распределяться крайне неравномерно.
4. Существуют аферисты, политические враги и просто странные люди, которые желают навредить сети, и они вполне могут создавать хитроумные контракты, стоимость которых будет гораздо ниже себестоимости для верифицирующих нод.
По первой причине майнерам выгоднее включать в блок поменьше транзакций, а вторая причина увеличивает NC, так что эти два действия хотя бы частично уравновешивают друг друга. Как именно? Пункты 3 и 4 представляют большую проблему, и для ее устранения мы просто вводим плавающий лимит: ни один блок не может иметь больше операций, чем BLK_LIMIT_FACTOR, умноженный на долгосрочное экспоненциально изменяющееся среднее значение. Вот как это выглядит:
blk.oplimit = floor((blk.parent.oplimit * (EMAFACTOR – 1) +
floor(parent.opcount * BLK\_LIMIT\_FACTOR)) / EMA\_FACTOR)
BLK_LIMIT_FACTOR и EMA_FACTOR – константы, на данный момент составляющие 65 536 и 1,5 соответственно, но эти значения, скорее всего, изменятся после более глубокого анализа.
Существует еще один фактор, сдерживающий разрастание блоков в Bitcoin: большие блоки будут распространяться дольше и, следовательно, больше рискуют залежаться. В Ethereum распространение блоков, требующих больше газа, также может занять больше времени как из-за их физического размера, так и из-за того, что им требуется больше времени на обработку переходов состояния транзакции для проверки. Этот сдерживающий фактор важен для Bitcoin, но не для Ethereum из-за протокола GHOST; следовательно, использование регулируемых лимитов блоков обеспечивает более стабильную опору для работы протокола.
Вычисление и полнота по Тьюрингу
Крайне важное свойство EVM – полнота по Тьюрингу, подразумевающая, что EVM-код может реализовать любое мыслимое вычисление, включая бесконечные циклы. Код EVM допускает два способа написать бесконечный цикл. Во-первых, можно использовать инструкцию JUMP, позволяющую отпрыгнуть в предыдущее место кода, а также инструкцию JUMPI для прыжка при выполнении некоторого условия, допускающую выражения вроде x < 27: x = x × 2. Во-вторых, контракты могут обращаться к другим контрактам, что потенциально может привести к зацикливанию через рекурсию. Здесь возникает закономерный вопрос: могут ли недобросовестные пользователи парализовать майнеров и полные ноды, вводя их в бесконечный цикл? В программировании это известно как проблема остановки: невозможно определить, закончится ли когда-либо выполнение той или иной программы.
Как уже говорилось в разделе о состоянии перехода, мы решаем эту проблему требованием устанавливать для транзакции максимальное допустимое число шагов в вычислении, и, если этот лимит будет превышен, вычисление прервется, но комиссии по-прежнему будут выплачены. Это работает и с сообщениями. Чтобы пояснить причины такого решения, рассмотрим следующие примеры.
◊ Злоумышленник создает контракт с бесконечным циклом и затем пересылает майнеру транзакцию, активирующую этот контракт. Майнер, проводя транзакцию, попадает в бесконечный цикл и ждет, пока закончится газ, прикрепленный к этому контракту. И хотя с окончанием газа выполнение остановится на полпути, транзакция остается валидной и за каждый вычислительный шаг майнер будет взимать со злоумышленника комиссию.
◊ Злоумышленник создает цикл такой длины, чтобы за время, в течение которого майнер будет вычислять его до конца, было найдено еще несколько блоков и майнер не смог бы включить транзакцию в один из следующих блоков, чтобы получить комиссию. Однако злоумышленник должен будет задать значение STARTGAS, ограничивающее количество вычислительных шагов, так что майнер будет знать заранее, если это количество будет чрезмерным.